第二章过程检测技术及仪表第一节讲述

1、第一节第一节 概概 述述第二章第二章 过程检测及仪表过程检测及仪表内容提要内容提要n 测量过程与测量误差测量过程与测量误差n 测量仪表的品质指标测量仪表的品质指标n 测量系统中的常见信号类型测量系统中的常见信号类型n 检测系统中信号的传递形式检测系统中信号的传递形式n 检测仪表与测量方法的分类检测仪表与测量方法的分类n 化工检测的发展趋势化工检测的发展趋势1测量过程与测量误差测量过程与测量误差测量测量是用实验的方法是用实验的方法, ,求出某个量的大小。求出某个量的大小。 qVQ 举例举例测一段导线的长度测一段导线的长度直接测量直接测量间接测量间接测量测量实质：测量实质：是将被测参数与其相应的测

2、量单位进行比是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。较的过程。 2测量过程与测量误差测量过程与测量误差测量误差：测量误差：由仪表读得的被测值由仪表读得的被测值 ( (测量值测量值) )与被测参与被测参数的真实值之间的差距。数的真实值之间的差距。 测量误差按其测量误差按其产生原因产生原因的不同的不同, ,可以分为三类：可以分为三类：系统误差系统误差 疏忽误差疏忽误差偶然误差偶然误差3测量过程与测量误差测量过程与测量误差绝对误差绝对误差ttIxxxxxxx或000tIxx xI I：仪表指示值：仪表指示值, , xt：被测量的真值：被测量的真值0 xx由于真值无法得到由于真值无法得到 x：被

3、校表的读数值，：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值：标准表的读数值 相对误差相对误差4检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标5说明：说明：仪表的测量误差可以用绝对误差仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说。因此，常说的的“绝对误差绝对误差”指的是绝对误差中的最大值指的是绝对误差中的最大值max。 两大影响因素两大影响因素绝对误差和仪表的标尺范围绝对误差和仪表的标尺范围检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标%100max标尺下限值标尺上限值%100标尺下限值标尺上限值差值仪表允许的最大绝对误

4、允6检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标 仪表的仪表的允允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的的允允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉百分误差去掉“”号及号及“”号，便可以用来确定仪表号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有的精确度等级。目前常用的精确度等级有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。小结小结7检测仪表的品质指标检测仪表的品质

5、指标%8 . 0%10020070048举例举例例例1-1某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表，校验该表时得到的最大绝对误差为时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的相对百分，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级。误差与准确度等级。 解解 该仪表的相对百分误差为该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的如果将该仪表的去掉去掉“”号与号与“”号，其数值为号，其数值为0.80.8。由于国家规定的精度等级中没有由于国家规定的精度等级中没有0.80.8级仪表，同时，该仪表的误级仪表，同时，该仪表的误差超过了差超过了0.50.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的

6、级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为精度等级为1.01.0级。级。 检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标9仪表的准确度等级仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在在0.50.5级以下。级以下。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。板上。举例举例1.51.0如：如：

7、检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标注意注意 在工业上应用时在工业上应用时, ,对检测仪表准确度的要求对检测仪表准确度的要求, ,应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定, ,这样才能保证生产的经济性和合理性。这样才能保证生产的经济性和合理性。 10检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标%100标尺下限值标尺上限值最大绝对差值变差 变差变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐测

8、量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。行所得到的两条特性曲线之间的差值。 图图1-1 1-1 测量仪表的变测量仪表的变差差11检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标12 仪表的灵敏度仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即起这个位移的被测参数变化量的比值。即xS 式中，式中，S为仪表的灵敏度；为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；为指针的线位移或角位移；x为引起为引起所需的被测

9、参数变化量。所需的被测参数变化量。 仪表的灵敏限仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。许绝对误差的一半。 注意：注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨率表示。往往用分辨率表示。 检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标13 反应时间反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能化的品质指标

10、。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。 仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。 仪表的仪表的反应时反应时间有不间有不同的表同的表示方法示方法 当输入信号突然变化一个数值后，输出当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。 仪表的输出信号由开始变化到新稳态值仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的的63.263.2（9595）所用的时间，可用来表示）所用的时间，可用来表示反应

11、时间。反应时间。检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标%100max仪表量程ff14 线性度线性度是表征线性刻度仪表的输是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。仪表的输出与输入之间呈线性关系。 图图1-2 线性度示意图线性度示意图 式中式中，f为线性度（又称非线性误差）；为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。 检测仪表的品质指标检测仪表的品质指

12、标 重复性重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致标定的特性曲线一致, ,重复性就好重复性就好, ,重复性误差就小。重复性误差就小。 图图1-3 重复性示意图重复性示意图%100max仪表量程ZZ15检测系统中的常见信号类型检测系统中的常见信号类型作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型种便于传输和显示的信号类型1.1.位移信号位移信号2.2.压力信号压力

13、信号3.3.电气信号电气信号4.4.光信号光信号16检测系统中信号的传递形式检测系统中信号的传递形式 在时间上是连续变化的在时间上是连续变化的, , 即在任何瞬时都可以确即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。定其数值的信号。 数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号, ,通常用二进制数通常用二进制数“0 0”和和“1 1”组合的代码序列来表示。组合的代码序列来表示。 用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。17检测仪表与测量方法的分类检测仪表与测量方法的分类 依据依据的不同的不同, ,可分成压力可分成压力 (

14、 (包括差压、负压包括差压、负压) )检检测仪表、流量检测仪表、物位测仪表、流量检测仪表、物位 ( (液位液位) )检测仪表、温度检检测仪表、温度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。按按的方式不同的方式不同, ,可分成指示型、记录型、讯号可分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。型、远传指示型、累积型等。按按的不同的不同, ,可分为实用仪表、范型可分为实用仪表、范型仪表和标准仪表仪表和标准仪表, ,分别使用在现场、实验室和标定室。分别使用在现场、实验室和标定室。 18检测仪表与测量方法的分类检测仪表与测量方法的分类按照测量结果的获得过

15、程按照测量结果的获得过程 直接测量直接测量 间接测量间接测量 19检测仪表与测量方法的分类检测仪表与测量方法的分类 （1 1）直接测量）直接测量 利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。 根据被测参数获得方式的不同根据被测参数获得方式的不同，直接测量又有，直接测量又有偏差法与平衡法（零位法）之分。偏差法与平衡法（零位法）之分。 除此之外除此之外, ,还有一种将平衡还有一种将平衡法与偏差法结合起来的法与偏差法结合起来的微差微差法法 20检测仪表与测量方法的分类检测仪

16、表与测量方法的分类（2 2）间接测量）间接测量 当被测量不宜直接测量时当被测量不宜直接测量时, ,可以通过测量与被测可以通过测量与被测量有关的几个相关量后量有关的几个相关量后, ,再经过计算来确定被测量的再经过计算来确定被测量的大小。大小。 21化工检测的发展趋势化工检测的发展趋势 1. 1.检测技术的现代化检测技术的现代化 2. 2.检测仪表的集成化、数字化、智能化检测仪表的集成化、数字化、智能化 3.3.软测量技术和虚拟仪器软测量技术和虚拟仪器22例题分析例题分析1. 1. 某台具有线性关系的温度变送器某台具有线性关系的温度变送器, ,其测温范围为其测温范围为 0 0200,200,变送器

17、的输出为变送器的输出为 4 420mA20mA。对这台温度变送器进行校验。对这台温度变送器进行校验, ,得得到下列数据到下列数据: : 输入信号输入信号标准温度标准温度/0 05050100100150150200200输出信号输出信号/mA/mA正行程读数正行程读数x正正正行程读数正行程读数x反反4 44.024.028 88.108.1012.0112.0112.1012.1016.0116.0116.0916.09202020.0120.01试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性度。度。234输入下限值输入上限值输出下限值

18、）温度值（输出上限值I)(840200)420(50mAI解解: :该题的解题步骤如下。该题的解题步骤如下。 (1)(1)根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值准值x标。任一温度值的标准输出信号标。任一温度值的标准输出信号(mA)(mA)为为 例如例如, ,当温度为当温度为5050时时, ,对应的输出应为对应的输出应为 其余类推。其余类推。 24(2)(2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差算出各测试点正、反行程时的绝对误差正正与与反反 , ,并并算出正、反行程之差算出正、反行程之差变变 , ,分别填入下表内分别填入下表内( (计算计算变变

19、时可时可不考虑符号不考虑符号, ,取正值取正值) )。 输入信号输入信号/0 05050100100150150200200输出信号输出信号/mA/mA正行程读数正行程读数x正正反行程读数反行程读数x反反标准值标准值4 44.024.024 48 88.108.108 812.0112.0112.1012.10121216.0116.0116.0916.091616202020.0120.012020绝对误差绝对误差/mA/mA正行程正行程正正反行程反行程反反 0 00.020.020 00.100.100.010.010.100.100.010.010.090.090 00.010.01正反

20、行程之差正反行程之差变变 0.020.020.100.100.090.090.080.080.010.0125 (3)(3)由上表找出最大的绝对误差由上表找出最大的绝对误差maxmax , ,并计算最并计算最大的相对百分误差大的相对百分误差maxmax。由上表可知。由上表可知 )(10. 0maxmA%625. 0%10042010. 0max 去掉去掉maxmax的的“”号及号及“% %”号后号后, ,其数值为其数值为0.625 ,0.625 ,数值数值在在0.50.51.01.0之间之间, ,由于该表的由于该表的maxmax已超过已超过0.50.5级表所允许的级表所允许的允允, ,故该表的

21、准确度等级为故该表的准确度等级为1.01.0级。级。 26%625. 0%100420max变变(4)(4)计算变差计算变差 由于该变差数值在由于该变差数值在1.01.0级表允许的误差范围内级表允许的误差范围内, ,故不影响表的准确度等级。注意若变差数值故不影响表的准确度等级。注意若变差数值变变maxmax超过了绝对误差超过了绝对误差maxmax , ,则应以则应以变变maxmax来确定仪表的来确定仪表的准确度等级。准确度等级。 27(5)(5)由计算结果可知由计算结果可知, ,非线性误差的最大值非线性误差的最大值fmax = 0.10 , = 0.10 ,故线性度故线性度f为为 %625. 0%10042010. 0%100max仪表量程ff注意注意 在具体校验仪表时在具体校验仪表时, ,为了可靠起见为了可靠起见, ,应适当增加测试应适当增加测试点与实验次数点与实验次数, ,本例题只是简单列举几个数据说明问题罢本例题只